નવી સપાટીની સારવાર લાઈમસ્કેલ બિલ્ડઅપને અટકાવે છે | MIT સમાચાર

તમે તેને રસોડાના રસોઇના વાસણો અથવા જૂના પાણીના પાઈપોમાં જોયું હશે: સખત, ખનિજથી ભરપૂર પાણી સમય જતાં ભીંગડાંવાળું કે જેવું થાપણો છોડી દેશે. તે માત્ર પાઈપો અને ઘરમાં રાંધવાના વાસણોમાં જ નહીં, પણ પાઈપો અને વાલ્વમાં પણ જોવા મળે છે જે તેલ અને કુદરતી ગેસનું પરિવહન કરે છે અને પાવર પ્લાન્ટમાં ઠંડુ પાણી વહન કરતા પાઈપોમાં પણ જોવા મળે છે. તે જાણીતું છે કે સ્કેલ બિનકાર્યક્ષમતા, ડાઉનટાઇમ અને જાળવણી સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે. તેલ અને ગેસ ઉદ્યોગમાં, સ્કેલ કેટલીકવાર ઓપરેટિંગ કુવાઓને ઓછામાં ઓછા અસ્થાયી રૂપે સંપૂર્ણ બંધ કરવા તરફ દોરી જાય છે. તેથી, આ સમસ્યાને ઉકેલવાથી મોટા પુરસ્કારો મળી શકે છે. હવે, MIT સંશોધકોની એક ટીમ આ વિશાળ પરંતુ ઓછી જાણીતી સમસ્યાના સંભવિત ઉકેલ સાથે આવી છે. તેઓએ શોધી કાઢ્યું કે સપાટીની નેનો-ટેક્ષ્ચરિંગ અને પછી લ્યુબ્રિકેટિંગ પ્રવાહીનો ઉપયોગ સહિતની નવી સપાટીની સારવારથી સ્કેલની રચનાના દરને ઓછામાં ઓછા દસ ગણો ઘટાડી શકાય છે. આ અઠવાડિયે, સંશોધનનાં પરિણામો જર્નલ ઑફ એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ ઇન્ટરફેસમાં પ્રકાશિત થયાં હતાં. આ પેપર ગ્રેજ્યુએટ વિદ્યાર્થી શ્રીનિવાસ સુબ્રમણ્યમ, પોસ્ટડોક્ટરલ સાથી ગિસેલ અઝીમી અને MIT ખાતે મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં દરિયાઈ ઉપયોગના સહયોગી પ્રોફેસર કૃપા વારાણસી દ્વારા લખવામાં આવ્યું હતું. "તમે લગભગ ગમે ત્યાં [સ્કેલ] જોઈ શકો છો," વારાણસીએ કહ્યું. ઘરમાં, આ થાપણો મોટે ભાગે હેરાન કરે છે, પરંતુ ઉદ્યોગમાં, તે "ઉત્પાદકતામાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે, અને [તેમને] દૂર કરવાની પદ્ધતિ પર્યાવરણ માટે હાનિકારક હોઈ શકે છે", સામાન્ય રીતે કઠોર રસાયણોનો ઉપયોગ સામેલ હોય છે. પાવર પ્લાન્ટ્સ અને ડિસેલિનેશન પ્લાન્ટ્સમાં, સ્કેલ નોંધપાત્ર કાર્યક્ષમતામાં નુકસાન પહોંચાડી શકે છે કારણ કે તે થર્મલ અવરોધ તરીકે કામ કરે છે અને હીટ એક્સ્ચેન્જરમાં ઠંડક અથવા ઘનીકરણને અસર કરે છે. સમસ્યા ઊભી થાય છે કારણ કે પાણીમાં સામાન્ય રીતે ઘણા બધા ઓગળેલા ક્ષાર અને ખનિજો હોય છે. આ પદાર્થોને ઓગળવાની પાણીની ક્ષમતા દ્રાવ્યતા પર આધાર રાખે છે, તેથી જો પાણી ઠંડું થાય અથવા બાષ્પીભવન થાય, તો દ્રાવણ વધુ પડતું સંતૃપ્ત થઈ શકે છે: તે પકડી શકે તેના કરતાં વધુ ઓગળેલા પદાર્થો ધરાવે છે, તેથી કેટલાક પદાર્થો બહાર નીકળવાનું શરૂ કરે છે. જ્યારે ગરમ અને ભેજવાળી હવા ઠંડી સપાટીનો સામનો કરતી વખતે અચાનક ઠંડી પડે છે, ત્યારે તે ઠંડા કાચ પર ફોગિંગનું કારણ બને છે, જે સમાન સિદ્ધાંત છે. મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં, ઇજનેરો સિસ્ટમને ઓવર-ડિઝાઇન કરીને આ સમસ્યાનું નિરાકરણ લાવે છે, વારાણસીએ કહ્યું: જરૂરિયાત કરતાં ઘણી મોટી પાઇપનો ઉપયોગ કરો, ઉદાહરણ તરીકે, એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે ફાઉલ થવાથી આંશિક અવરોધ, અથવા મોટા સપાટી વિસ્તાર, આ કિસ્સામાં હીટ એક્સ્ચેન્જર હેઠળ સુબ્રમણ્યમ જણાવે છે કે આ સમસ્યા નવી નથી: "પ્રાચીન રસોઈના વાસણોમાં આ પ્રકારનું સંચય હોય છે," તેમણે કહ્યું. "અમારી પાસે હજી સુધી કોઈ સારો ઉકેલ નથી." જો કે તે હજુ ઔદ્યોગિક ધોરણે સાબિત થવાનું બાકી છે, એમઆઈટી ટીમ દ્વારા વિકસિત નવી પદ્ધતિ સ્કેલ નિર્માણની ઝડપ પર નોંધપાત્ર અસર કરી શકે છે, અને ઘણા કિસ્સાઓમાં તેને સંપૂર્ણપણે અટકાવી શકે છે. તેમની પદ્ધતિ સરળ લાગે છે: સપાટીને અસરકારક રીતે નેનોટેક્ષ્ચર કરવું અને પરિણામી ટેક્સચરને લુબ્રિકન્ટથી ભરવું. રચના મુખ્યત્વે ઉત્પાદિત બમ્પ્સ અને ગ્રુવ્સના કદ પર આધારિત છે; ચોક્કસ આકાર વાંધો નથી લાગતું. તેથી, આ રચના બનાવવા માટે વિવિધ તકનીકોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે - જેમાં સપાટી પર ટેક્ષ્ચર કોટિંગ લાગુ કરવું અથવા તેને સ્થાને રાસાયણિક રીતે કોતરવું શામેલ છે. સંશોધકોએ યોગ્ય લુબ્રિકન્ટ પસંદ કરવા માટેની પ્રક્રિયાનું પણ વર્ણન કર્યું જે માત્ર સ્કેલ દ્વારા રચાયેલી ઉર્જા અવરોધમાં વધારો કરે છે, પરંતુ ટેક્ષ્ચર ઘન પદાર્થોમાં પણ ફેલાય છે, જે સપાટીને "સરળ" બનાવે છે અને ન્યુક્લિએશન ઘટાડે છે જેનો ઉપયોગ સ્કેલ બનાવવા માટે થઈ શકે છે. સાઇટ. પાયાની રચનાને રોકવા અથવા ઘટાડવાના અગાઉના પ્રયાસોમાં સામાન્ય રીતે સપાટી પર કોટિંગ (જેમ કે ટેફલોન) ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે જેથી ખનિજો તેની સાથે બંધાઈ ન જાય. વારાણસીએ સમજાવ્યું કે આ પદ્ધતિની સમસ્યા એ છે કે આ કોટિંગ્સ ખરી જાય છે, જેમ નોન-સ્ટીક ફ્રાઈંગ પેન પરના કોટિંગ્સ વારંવાર ઉપયોગ સાથે ખરાબ થઈ જાય છે. તેમણે કહ્યું કે જો કોટિંગમાં નાનું કાણું હોય તો પણ તે સ્કેલ બનાવવાનું શરૂ કરવા માટે એક સ્થાન પ્રદાન કરે છે. નવી પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને, એકવાર સપાટી પર નેનો-ટેક્ષ્ચર બને છે, તેલ અથવા અન્ય લ્યુબ્રિકેટિંગ પ્રવાહી સપાટી પર લાગુ કરવામાં આવે છે. વારાણસીએ જણાવ્યું હતું કે નાના નેનો-સ્કેલ ગ્રુવ્સ આ પ્રવાહીને પકડે છે અને રુધિરકેશિકાની ક્રિયા દ્વારા તેને નિશ્ચિતપણે સ્થાને રાખે છે. નક્કર નોન-સ્ટીક કોટિંગ્સથી વિપરીત, પ્રવાહી કોઈપણ અવકાશને ભરવા માટે વહે છે, સપાટીની રચના પર ફેલાય છે, અને જો કેટલાક ધોવાઇ જાય છે, તો તેને સતત ફરી ભરી શકાય છે. સુબ્રમણ્યમે કહ્યું, "જો ત્યાં યાંત્રિક નુકસાન હોય તો પણ, લુબ્રિકન્ટ તે સપાટી પર પાછા આવી શકે છે." "તે લાંબા સમય સુધી તેની સરળતા જાળવી શકે છે." કારણ કે આ લુબ્રિકેટિંગ લેયર ખૂબ જ પાતળું છે-માત્ર થોડાક સો નેનોમીટર જાડા-તેને દાયકાઓ સુધી સપાટીને સુરક્ષિત કરવા માટે માત્ર થોડી માત્રામાં લુબ્રિકન્ટની જરૂર પડે છે. વારાણસીએ જણાવ્યું હતું કે પાઇપલાઇનના એક ભાગમાં બાંધવામાં આવેલ જળાશય સાધનસામગ્રીના સમગ્ર જીવન દરમિયાન લુબ્રિકેશન પ્રદાન કરી શકે છે. ઓઇલ પાઇપલાઇન્સના કિસ્સામાં, "લુબ્રિકન્ટ પહેલેથી જ અસ્તિત્વમાં છે", સપાટીની રચના દ્વારા કબજે કરાયેલ તેલ પાઇપલાઇનની સપાટીને સુરક્ષિત કરી શકે છે. ફ્રેઇબર્ગ યુનિવર્સિટીમાં લેબોરેટરી ઓફ ઇન્ટરફેસ કેમિસ્ટ્રી એન્ડ ફિઝિક્સના વડા જુર્ગેન રુહે અભ્યાસમાં સામેલ ન હતા અને કહ્યું કે તે "ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ શોધો અને મહત્વપૂર્ણ વૈજ્ઞાનિક પ્રગતિ"નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. તેમણે સ્કેલ રચના ઘટાડવાની ટીમની પદ્ધતિને "નવી અને સર્જનાત્મક" ગણાવી અને કહ્યું કે "તે તમામ વિસ્તારો પર સંભવિત અસર કરી શકે છે જ્યાં પાણી ગરમ થાય છે અને વરાળ ઉત્પન્ન થાય છે." સંશોધકોએ જણાવ્યું હતું કે ચોક્કસ એપ્લિકેશન માટે શ્રેષ્ઠ નક્કી કરવા માટે વધુ પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ પછી લુબ્રિકન્ટ અને ટેક્સચરિંગ પદ્ધતિઓ પછી, સિસ્ટમ માત્ર ત્રણ વર્ષમાં વ્યવસાયિક એપ્લિકેશન માટે તૈયાર થઈ શકે છે. આ કાર્યને MIT એનર્જી ઇનિશિયેટિવ દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું હતું.